DE1549076A1 - Assoziativer Speicher - Google Patents

Description

• Assoziativer Speicher Die Erfindung betrifft einen matrixfÖrmigen assoziativen Speicher mit kontradiktorischer Speicherung.
• Assoziative Speicher auch in.haltsadressierte Speicher genannt, sind aus dem Stand der Technik in großer Zahl bekannt. Man versteht darunter digitale oder auch analoge Informationsspeicher, bei denen der Zugriff zu den Speicherzellen aufgrund der dort gespeicherten Information erfolgt und nicht wie bei den normalen Speichern durch die Angabe der Örtlichen Lage der einzelnen Zellen.
• Bei den bekannten assoziativen Speichern wurden Halbleiterbauelemente (Transistoren, Tunneldioden) supraleitende Bauelemente und magnetische Bauelemente verwendet. Jedes der genannten Bauelemente hat für assoziative Speicher mit großen Speicherkapazitäten, die hauptsächlich interessant sind, entscheidende Nachteile. Ein Speicher mit Halbleiterbauelementen verbraucht dauernd Leistung und ist außerdem in der Herstellung teuer. Bei Speichern mit supraleitenden Bauelementen sind die teuren Schaltungen, der zum Betrieb erforder).iche Cryostat, und das Problem der Temperaturkonitanthaltung und der Wärmeabfuhr nachteilig. Außerdem sind die Bauelemente im nicht supraleitenden Zustand sehr niederohmig, so daß die Verbindungen zwischen verschiedenen Substraten problematisch werden. Nachteilig bei Speichern mit magnetischen Bauelementen ist der geringe StÖrabstand der Signale und das Problem der AuflÖsung mehrfacher Reaktionen. Mit der Erfindung sollen die Nachteile der bekannten assoziativen Speicher vermieden werden. Dies gelingt einmal dadurch, daß als Speicherelement die seit einiger Zeit bekannten Festkörperschalt;elemeilte eingesetzt werden und zum anderen dadurch, daß eine besonders günstige Schaltung mit diesen FestkÖrperschaltelementen angegeben wird.-Die FestkÖrperschaltelemente (z.B. deutsche Ausleg eschrift 1 252 819 « haben je nach Vorgeschichte einen hochohmigen oder einen ni-ederohmigen Zustand. Wird an das Schaltelement eine Spannung angelegt, die einen Schwellwett Überschreitet, so wird das Schaltelement niederohmig-; durchfließt das Schaltelement ein Strom, der einen Schwellwert Übersteigt, so wird das Schaltelement hochohmig. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreuzungspunkt aus der Reihenschaltung einer Diode mit einem speichernden FestkÖrperschaltelement besteht und daß für jede Zeile ein Widerstand vorgesehen ist und daß der Speicher"' unter der-Voraussetzung, z#aß der hochohmige Zustand-des FestkÖrperschaltelementes der binären 1 zugeordnet ist, wie folgt betrieben wird: a) Löschen einer Zeile: Anlegen von hoher negativer Spannung über eine steuerbare Verbindung in der Zeilensteuerung und feste Verbindungen in den Spalte.nsteuerungen; b) Schreiben in eine Zeile: Anlegen eines Stromes Über eine steuerbare lierbindung in der Zeilensteuerung und von den einzuschreibenden Informationen gesteuerten Verbindungen in den Spaltensteuerungen; c) Abfragen: Anlegen von positiver Spannung über vom Abfragewort gesteuerte Verbindungen in den Spaltensteuerun-gen, wobei am Widerstand bei vollständiger Übereinstimmung von Abfragewort und gespeichertem Wort in einer Zeile eine geringe und bei mindestens einer Nichtübereinstimmung in einer Bitstelle eine zur ersten Spannung vergleicbsweise große Spannung auftritt; d) Lesen aus einer Zeile: Anlegen von negativer Sphnnung Über eine-steuerbarey-er-bindung in der Zeilensteuerung und nichtsteuerbare Verbindungen in den Spaltensteuerungen, wobei durch die den gespeicherten Wer ' tEnentsprechenden Spannungen der Ergebnisspeicher markiert wird. Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen assoziativen Speicher mit m Zeilen und n Spalten, Fig. 2 einen Doppelkreuzungspunkt in Verbindung mit der Spaltensteuerung und der Zeilensteu.erung. Fig. 1 zeigt einen assoziativen Speicher mit m Zeilen Xl ... XM und n Spalten Yl...Yn. Die Spalten bestehen jeweils aus zwei Spaltendrähten, die nicht einzeln bezeichnet sind. Demnach ergeben sich an der Schnittstelle einer Zeile mit einer Spalte jeweils zwei Kreuzungspunkte. Die doppelten Spaltenleitungen dienen dazu, jeden Binärwert nicht nur einfach, sondern'kontradiktorisch einzugeben, d.h. wenn eine 1 am Kreuzungspunkt markiert werden soll, wird beispielsweise das linke Speicherelement mit einer 1 markiert und das rechte Speicherelement mit einer 0, während bei der Speicherung einer 0 das linie Speicherelement mit einer 0 markiert wird und das*rechte Speicherelement mit einer 1. Jeder Kreuzu'ngspunkt besteht aus de; Reihenschaltung einer Diode Dlmn bzw. D2mn mit einem Festkörperschaltelement Flmn bzw. F2mn. Die zum Speivher gehörenden Steuermittel sind Spaltensteuerungen Gl .... Gn, und Zeilensteuerungen Hl....Hm. Jede Spaltensteuerung besteht aus zwei gleichen Teilen, die im Zusammenhang mit der Fig. 2 näher erläutert wird. Jede Spaltensteuerung hat vier, Eingänge, und zwar je einen Abfrageeingang A.0 bzw. AL für die binäre 0 bzw. die binäre L und zwei Schreibeingänge BO bzw. BL--Auf- 4,ie--Abfrageeing-inite bzW.- Schreibeingänge werden beim Abf bz.*.." Schreiben die jeweils erforderlielien Binärwerte 0 bzw. L igegebe"ni,'ln,der»Fig. 1 ist weiter eine Erkennungs- und Decodierichaltung-.N gezeigt, die prö Zelle eine auf einen bestimmten Spannungswert ansprechende S8h:wellwertschaltung e nthält, die in der Lage istt'das Auftreten des Schwellwertes zu speichern. Außerdem erfolgt in dieser Schaltung die Decodierung. Die Schaltungstafel wird allgemein auch noch die Aufgabe überneh#en, bei Mehrfachübereinstimmungen die parallel auftretenden Übereinstimill-ungen sequentiell auszugeben. Die Zeilensteuerungen sind mit einer Schaltung N vorgeseheng die als Adressenregister dient*q und zwar als Adresssendecodierung. Am unteren Ende der Spaltenleitungen ist der Ergeb-. nisspeicher M dargeätellt, in denbeim Lesen der Information einer Zeile die Ergebnisse gespeichert werden. Die Einrichtungen KN und M unterscheiden sich nicht von den sonst bei assoziativen Speichern bekannten üblichen Einrichtungen. In Fig. 2 ist ein beliebiger Doppelkreuzungspunkt dargestellt, der wieder diebeiden ]Reihenschaltungen von Diode und FestkÖrperschaltelement Dl/F1 bzw. D2/F2 enthält; Die Spaltensteuerung G und die Zeilensteuerung H enthalten verschiedene Widerstände und Transistoren, deren Funktion weiter unten erläutert wird-.
• Zur Erklärung der Schaltung wird durch eine an sich beliebige Zuordnung festgelegt, und zwar FestkÖrperschalteldment hochohmig entspricht binärer 1, Festkörperschaltelement niederohmig entspricht binärer 0. Ehe in eine Zeile ein Wort in den Speicher geschrieben wird, ist es zweckmäßig, diese vollständig zu löschen, ä.h. alle Speicherelemente dieser Zeile in'den niederohmigen Zustand zu bringen..Hierzu wird der Transistor T8 in der Zeilensteuerung N an seiner Basis, die mit der -Klemme.L verbunden.ist, angesteueri, so daß eine hohe nega-' tive Spannung -U2 an die Zeilenleitung gelegt wird. Im folgendenwird zur Vereinfachung der Beschreibung immer -nur die eine Hälfte der Spaltensteuerung G betrachtet. Nach Ansteuern der Klemme S fließt über Masse RG3, Dlg Pl und T8 der Löschstrom und alle Elemente eines Wortes schalten in den niederohmigen Züstand. Der Widerstand RG dient hierbei-zur Strombegrenzung näch dem Umschalten iA den niederohmigen Zustand. Es ist hierbei*zu beachten, daß zum Löschen in der Spaltensteuerung kein Scbalter betätigt werden muß. Zum Einschreiben ist die Ansteuerung des Transistors T7 in der Zeilensteuerung über seine Basis, die mit der Klemme 3 verbunden ist und die Ansteuerung von einem der beiden Transistoren T3 oder T4 je nachdeml ob eine binJre 1 oder eine binäre 0 geschrieben werden so119 erforderlich. Beim Schreiben soll das'Schaltelement gema3 ger gewählten Zuordnung vom niederohmigen in den hochohmigen Zustand gebracht werden. Hierzu ist ein Über einem Schwellwert liegender Strom erforderlAch. Dieser fließt über Masse T3, RGl,Dl,Fl%T?. '9eim eigentlichen Betrieb des assoziativen Speichers, d.h. )eim Abfragen des Speichers, ob ein angebotenes Wort mit einem oder mehreren im Speicher vorhandenen Wörtern übereinstimmt, wird die Zeilensteuerung 11 nicht benötigt. Von dem Bit des Vergleichswortes wird lediglich der Transistor Tl oder T2 leitend gesteuert und damit die positive Spannung +Ul an alle Schaltelemente der Spalte gelegt. Beim Abfragen mit einer 1 wird Tl durchlässig gesteuert. Durch die Abfragespannung +Ul fließt je nach dem Zustand des Festkörperschaltelementes ein großer oder ein kleiner Strom Über den Widerstand R. Stimmt die vorgegebene Information mit der gespeicherten Information Überein, so liegt in Reihe zu R ein hochohmiger Widerstand, so daß an R eine kleine Spannung abfällt. Stimmt die vorgegebene Information mit der gespeicherten Information nicht Überein, so liegt in Serie zu R ein niederohmiger Widerstand, so daß an R eine zur vorher genannten Spannung vergleichsweise große Spannung abfällt.
• Bei der.Betrachtung,einer ganzen Zeile fällt am 17iderstand R nur dann eine kleine Spannung ab, wenn bei allen Bits die gespeicherte Information mit der vorgegebenen Information Übereinstimmt. Der Sparmungswert wird an-jeder Zeile in der Auswerteschaltung K erkannt. Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß wegen des hohen Schaltverhältnisses der Festkörperschaltelemente, das z.B. in der Größenordnung 1:10 6 liegen kann, auch bei großen Wortlängen eine einwand-. freie Unterscheidung zwischen einer NichtÜbereinstimmung und vollständiger Übe:r#3in.s-timmung möglich ist. Sollten beim Vergleich eine oder mehrere Bite nicht durchsichtig werden, so müssen nur beide zÜ dem jeweiligen Bit gehörende Transistoren Tl bzw. T2 gesperrt bleiben. Auf diese-Weise kann jeder beliebige Teil des Wortes auf sehr einfa.che Weise markiert werden. Nach Feststellung von einer oder mehreren Übereinstimmungen erfolgt sequentiell das Lesen der in den ermittelten Zeilen gespeicherten Information. Es wird wieder der Transistor T7 in der Zeilensteuerung H leitend gesteuert, so daß ein Strom Über Masse RG', Dl,Fl,T? fließt. Dabei fällt am Widers.tand RG dann eine Spannung ab, wenn das Element niederohmig ist. Diese Spannuing wird auf den Ergebnisspeicher M gegeben. ' Bei großen Speichern (z.B. 1 Million Bit) können die-DiodensperrstrÖme vor allem bei höheren Temperaturen an R bereits einen so hohen Spannungsabfall erzeugen, daß die Anzeige verfälscht wird. Um dies zu,verhindern, werden noch die Transistoren T5 bzw. T6, die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet sind, eingeführt. Der Transistor T5 wird Über seine Klemme P dann leitend gesteuert, wenn der Transistor Tl gesperrt ist und umgekehrt. Dadurch werden die Diodensperrströme über T5 abgeleitet und bei Übereinstimmung von angebotener und gespeicherter Information kann am 1.Viderstand'R höchstens die Kol * lektor-Emitterspannung von T5 auftreten. Gelingt es nicht, die Schaltelemente mit einmaligem Schalten in den gewünschten Zustand, z.B. beim Löschen oder beim Schreiben, zu bringen, so kann noch eine mit den Spaltenleitungen verbundene Koinzidenzschaltung vorgesehen werdeng in der verglichen wird, ob die gespeicherte Information mit der angebotenen übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, so wird das LÖschen oder Schreiben eines Wortes solange wiederholt, bis die Übereinstimmung 6rreicht ist.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Matrixförmiger, assoziativer Speicher mit kontradiktorischer Speicherung, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreuzungspunkt aus der Reihenschaltung einer Diode mit einem speichernden FestkÖrperschaltelement besteht und daß für jede Zeile ein Widerstand vorgesehen ist,dessen andere Seite auf festem Bezugspotential liegt,und daß der Speicher unter der Voraussetzung, daß der hochohmige Zustand des Festkörperschaltelementes der binären 1 zugeordnet ist, wie folgt betrieben wird.-a) Löschen einer Zeile: Anlegen von negativer Spannung Über eihe steuerbare Verbindung in der Zeilensteuerung (H) und feste Verbindungen in den Spaltensteuerungen (G); b) Schreiben in eine Zeile: Anlegen eines Stromes Über eine steuerbare Verbindung in der Zeilensteuerung (H) und von den einzuschreibenden Informationen gesteuerte Verbindungen in den Spaltensteuertinßen (G); c) Abfragen: Anlegen von positiver Spannung über vom Abfrag#wort gesteuerte Verbindungen in den Spaltensteuerun#en (G), wobei am Widerstand (R) bei voll-9 ständiger Ubereinstimmling von Abfragewort und gespeichertem Wort in einer Zeile eine geringe und be ' i mindestens einer NichtÜbereinstimmung in einer Bitstelle eine zur ersten Spannung vergleichsweise große Spannung auftritt;